FRAKTÁLGEOMETRIA Feladatok. Czirbusz Sándor április 16. A feladatok végén zárójelben a feladat pontértéke található.

Hasonló dokumentumok
Folytonos görbék Hausdorff-metrika Mégegyszer a sztringtérről FRAKTÁLGEOMETRIA. Metrikus terek, Hausdorff-mérték. Czirbusz Sándor

Fraktálok. Hausdorff távolság. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék március 14.

Fraktálok. Klasszikus fraktálpéldák I. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

Metrikus terek, többváltozós függvények

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

FRAKTÁLGEOMETRIA. Példák fraktálokra I. Czirbusz Sándor február 1. Komputeralgebra Tanszék ELTE Informatika Kar

FRAKTÁLGEOMETRIA. Metrikus terek, szeparábilitás, kompaktság. Czirbusz Sándor Komputeralgebra Tanszék ELTE Informatika Kar

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

Matematika alapjai; Feladatok

ANALÍZIS III. ELMÉLETI KÉRDÉSEK

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

Funkcionálanalízis. Gyakorló feladatok március 22. Metrikus tér, normált tér és skalárszorzat tér

1/1. Házi feladat. 1. Legyen p és q igaz vagy hamis matematikai kifejezés. Mutassuk meg, hogy

Koordináta-geometria feladatok (középszint)

Analízis. 1. fejezet Normált-, Banach- és Hilbert-terek. 1. Definíció. (K n,, ) vektortér, ha X, Y, Z K n és a, b K esetén

Gyakorló feladatok. 2. Matematikai indukcióval bizonyítsuk be, hogy n N : 5 2 4n n (n + 1) 2 n (n + 1) (2n + 1) 6

ANALÍZIS III. ELMÉLETI KÉRDÉSEK

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

A Matematika I. előadás részletes tematikája

A Peano-görbe. Besenyei Ádám ELTE

VIK A1 Matematika BOSCH, Hatvan, 5. Gyakorlati anyag

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

Integr alsz am ıt as. 1. r esz aprilis 12.

17. előadás: Vektorok a térben

Itt és a továbbiakban a számhalmazokra az alábbi jelöléseket használjuk:

Számsorok. 1. Definíció. Legyen adott valós számoknak egy (a n ) n=1 = (a 1, a 2,..., a n,...) végtelen sorozata. Az. a n

Bevezetés a matematikába (2009. ősz) 1. röpdolgozat

Fraktálok. A Sierpinski-háromszög

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé. (Albert Einstein) Halmazok 1

FELVÉTELI VIZSGA, július 17.

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé.

Koordinátageometria. , azaz ( ) a B halmazt pontosan azok a pontok alkotják, amelynek koordinátáira:

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

1. Ábrázolja az f(x)= x-4 függvényt a [ 2;10 ] intervallumon! (2 pont) 2. Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét!

Függvény határérték összefoglalás

1. Absztrakt terek 1. (x, y) x + y X és (λ, x) λx X. műveletek értelmezve vannak, és amelyekre teljesülnek a következő axiómák:

Fraktálok. Löwy Dániel Hints Miklós

Geometria 1 összefoglalás o konvex szögek

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK EMELT SZINT Koordinátageometria

Egyenes mert nincs se kezdő se végpontja

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Oktatási Hivatal. 1 pont. A feltételek alapján felírhatók az. összevonás után az. 1 pont

2) Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét! (3pont)

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI május 3. EMELT SZINT I.

A Baire-tételről egy KöMaL feladat kapcsán

Programtervező informatikus I. évfolyam Analízis 1

MATEMATIKA PRÓBAÉRETTSÉGI 2013 I. rész

Érettségi feladatok: Koordináta-geometria 1/5

Feladatok MATEMATIKÁBÓL II.

NULLADIK MATEMATIKA ZÁRTHELYI

3 függvény. Számítsd ki az f 4 f 3 f 3 f 4. egyenlet valós megoldásait! 3 1, 3 és 5 3 1

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2009/2010 Matematika I. kategória (SZAKKÖZÉPISKOLA) 2. forduló feladatainak megoldása

A fontosabb definíciók

XVIII. Nemzetközi Magyar Matematika Verseny

Szabolcs-Szatmár-Bereg megyei Ambrózy Géza Matematikaverseny 2012/2013 II. forduló 5. osztály

Geometria 1 normál szint

Helyvektorok, műveletek, vektorok a koordináta-rendszerben

HASONLÓSÁGGAL KAPCSOLATOS FELADATOK. 5 cm 3 cm. 2,4 cm

Feladatok a májusi emelt szintű matematika érettségi példáihoz Hraskó András

és annak H részcsoportja úgy, hogy a [H, G] intervallum (azaz a G-beli, H-t tartalmazó részcsoportok hálója) L-lel izomorf legyen?

Függvényhatárérték és folytonosság

f(x) a (x x 0 )-t használjuk.

b) Ábrázolja ugyanabban a koordinátarendszerben a g függvényt! (2 pont) c) Oldja meg az ( x ) 2

INFORMATIKAI KAR. Funkcionálanalízis a jelfeldolgozás és a szimuláció matematikai alapjai

11. előadás. Konvex poliéderek

Érettségi feladatok Koordinátageometria_rendszerezve / 5

Analízis I. beugró vizsgakérdések

Koordinátageometriai gyakorló feladatok I ( vektorok )

Hatvány, gyök, normálalak

NEMLINEÁRIS FUNKCIONÁL. Banach terekben. Domokos András

Analízis I. Vizsgatételsor

EGYVÁLTOZÓS FÜGGVÉNYEK FOLYTONOSSÁGA ÉS HATÁRÉRTÉKE

Bevezetés a programozáshoz I. Feladatok

3. előadás. Elemi geometria Terület, térfogat

0-49 pont: elégtelen, pont: elégséges, pont: közepes, pont: jó, pont: jeles

egyenletesen, és c olyan színű golyót teszünk az urnába, amilyen színűt húztunk. Bizonyítsuk

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Debreceni Egyetem. Kalkulus I. Gselmann Eszter

Függvények Megoldások

Fonyó Lajos: A végtelen leszállás módszerének alkalmazása. A végtelen leszállás módszerének alkalmazása a matematika különböző területein

Numerikus módszerek 1.

Sorozatok határértéke VÉGTELEN SOROK

Sorozatok és Sorozatok és / 18

1. tétel. 1. Egy derékszögű háromszög egyik szöge 50, a szög melletti befogója 7 cm. Mekkora a háromszög átfogója? (4 pont)

Georg Cantor (1883) vezette be Henry John Stephen Smith fedezte fel 1875-ben. van struktúrája elemi kis skálákon is önhasonló

ismertetem, hogy milyen probléma vizsgálatában jelent meg ez az eredmény. A kérdés a következő: Mikor mondhatjuk azt, hogy bizonyos események közül

I. rész. Valós számok

Minden x > 0 és y 0 valós számpárhoz létezik olyan n természetes szám, hogy y nx.

Matematikai analízis 1. Szász Róbert

Feladatok MATEMATIKÁBÓL II.

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

Feladatok Házi feladat. Keszeg Attila

Sz cs András. Topológia

Topológiai alapismeretek

Háromszögek, négyszögek, sokszögek 9. évfolyam

Átírás:

FRAKTÁLGEOMETRIA Feladatok Czirbusz Sándor 010. április 16. I. rész Feladatok A feladatok végén zárójelben a feladat pontértéke található. 1. Példák fraktálokra 1.1. A Cantor - halmaz 1.1.1. Feladat. Igazoljuk, hogy az 1 4 nem végpontja egyetlen C k t alkotó intervallumnak sem! () 1.1.. Feladat. Igazoljuk, hogy az 1 4 C () 1.1.. Feladat. Igazoljuk, hogy C nem tartalmaz izolált pontot, azaz a C és ε > 0 esetén (a ε, a + ε) tartalmaz a tól különböző C-beli pontot! 1.1.4. Feladat. Igazoljuk, hogy C zárt, vagyis ha az a R pontra teljesül, hogy ε > > 0 esetén az (a ε, a + ε) metszi C t, akkor a C! 1.1.5. Feladat. Legyen r R pozitív. Hány, a konstrukció során elhagyott intervallum hossza haladja meg r t? () 1.1.6. Feladat. Írjuk fel ternárisan a 7 9, 1 4,, 1 számokat! (1) 1.1.7. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy a f 1 (x) = x, f (x) = x+ függvényekre valóban igaz, hogy C = f 1 (C) f (C)! 1.1.8. Feladat. Keresünk olyan A C halmazokat, melyek attraktorjai az előző f 1, f függvényeknek! (10) 1.1.9. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy C C = [0, 1] A feladatok jelentős része Edgar könyvéből való 1

1.. A Sierpinski-háromszög 1..1. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy a Sierpinski háromszög területe 0, kerülete () 1... Feladat. Bizonyítsuk be, hogy a dilatációk egyenest egyenesbe visznek és szögtartók! 1... Feladat. Legyen S 0 a konstrukció kiinduló háromszöge, f 1, f, f pedig az S 0 csúcsaiból indított 1 arányú zsugorítások.igazoljuk, hogy S k+1 = f 1 (S k ) f (S k ) f (S k ), valamint S = f 1 (S) f (S) f (S). 1..4. Feladat. Vegyünk fel egy ferdeszögű koordinátarendszert: az origó szabályos háromszög egyik csúcsa, a tengelyek az erre illeszkedő oldalak egyenesei, u, w. Bizonyítsuk be, hogy egy (u, w) [0,1] [0,1] pont pontosan akkor eleme a Sierpinski háromszögnek, ha u és w kettes számrendszerbeli előállításában ugyanazon a helyen egyszerre nem szerepel 1-es! 1..5. Feladat. Jelöljünk ki egy kezdőpontot és két irányt, melyek egymással 60 0 ot zárnak be!. Legyen L 0 ezt a egyetlen pontot tartalmazó halmaz, s 0 = 1. A k adik lépésben pedig L k 1 hez mindkét irányú s k 1 távolságú eltoltjait hozzávesszük, legyen s k = 1 s k 1! Legyen L = k L k. Az S halmaz minden pontja határértéke egy L beli sorozatnak. 1..6. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy ha k >= 1, akkor az S k halmazt alkotó háromszögek oldalaiból képezhető olyan önmagát nem átmetsző zárt töröttvonal, amely mindegyik háromszögnek pontosan egy oldalát tartalmazza! (10) 1..7. Feladat. Írjunk programot, mely kirajzolja a Sierpinski háromszöget! 1.. A Sierpinski-szőnyeg és a Menger-szivacs 1..1. Feladat. Számítsuk ki a Sierpinski szőnyeg területét! Hova konvergál az iterációs lépésekben létrejövő négyzetek kerülete? () 1... Feladat. Számítsuk ki a Menger szivacs térfogatát! Hova konvergál az iterációs lépésekben létrejövő kockák felszíne? () 1... Feladat. Igazoljuk, hogy a Sierpinski szőnyeg konstrukciójának k adik lépésében keletkező négyzetek oldalainak felhasználásával készíthető olyan zárt töröttvonal, amelynek minden kis négyzettel van közös pontja! () 1..4. Feladat. Írjunk programot, mely kirajzolja a Sierpinski szőnyeget! 1..5. Feladat. Írjunk programot, mely kirajzolja a Menger szivacsot!

1.4. A Koch-görbe 1.4.1. Feladat. Készítsünk programot, amely lerajzolja a Koch-görbét! 1.4.. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy a Koch görbe korlátos részhalmaza a síknak? 1.4.. Feladat. Számítsuk ki a hópihe területét és kerületét! 1.5. Egyéb fraktálgörbék 1.5.1. Feladat. A Heighway sárkány Induljunk ki egy P 0, egységnyi hosszúságú szakaszból! P 1 et úgy kapjuk, hogy a szakaszunkat helyettesítjük két darab, egymáshoz derékszögben csatlakozó szakasszal, ezek nem közös végpontjai P 0 végpontjaival azonosak.( A derékszög legyen az eredeti szakasztól balra!). P t úgy kapjuk P 1 ből, hogy minden szakaszt helyettesítünk derékszögű töröttvonallal, az irányokat pedig váltogatjuk, ballal kezdve. A fenti iteráció határgörbéje a Heighway sárkány. Készítsünk programot a sárkány lerajzolására! 1.5.. Feladat. A Heighway sárkány approximációja során P n mindig a sík ugyanazon korlátos tartományában marad. (10) 1.5.. Feladat. A P n et alkotó poligon sohasem metszi önmagát. (10) 1.5.4. Feladat. A Heighway sárkány iterációjában használjunk 10 0 os szöget! (fudgeflake) 1.5.5. Feladat. Sierpinski sárkány Az iterációs lépésben most a szakaszunkat három egyenlő hosszú, egymással 60 0 ot bezáró, ugyanazokhoz a végpontokhoz csatlakozó töröttonallal helyettesítjük, az irányt itt is váltogatjuk. 1.6. Számrendszerek 1.6.1. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy a alapú számrendszerben a 0, 1 számjegyekkel minden egész szám egyértelműen felírható! 1.6.. Feladat. Legyen b = 1+i a számrendszerünk alapszáma, 0, 1 a a számjegyek. Jellemezzük ebben a rendszerben az egészeket! 1.6.. Feladat. Keressünk a fenti számrendszerben olyan komplex számot, melynek van háromféle előállítása. 1.6.4. Feladat. Legyen b = és a számjegyek 0, 1, ω, ω, ahol ω = (harmadik egységgyök). Jellemezzük ebben a rendszerben az egészeket!. Metrikus topológia A feladatokban S, T metrikus tér, a metrikát többnyire ρ val jelöljük. 1 + i

.1. Metrikus terek.1.1. Feladat. Igazoljuk, hogy σ(x, y) = min{1, ρ(x, y)} szintén metrika S en! (p).1.. Feladat. Igazoljuk, hogy ρ (x, y) = ρ(x, y) szintén metrika S en! (5p) 1 + ρ(x, y).1.. Feladat. Legyen S = R {, }. Definiáljuk az f : S S függvényt a következőképpen: x ha x R 1 + x f(x) = 1 ha x = 1 ha x = Bizonyítsuk be, hogy a ρ(x, y) = f(x) f(y) függvény metrika S en! (5p).1.4. Feladat. Legyen S az összes valós sorozat. Igazoljuk, hogy: metrika S en. (5p) ρ(x, y) = i=1 1 i x i y i 1 + x i y i.1.5. Feladat. Keressünk szükséges és elégséges feltételt arra, hogy a Cauchy egyenlőtlenségben egyenlőség álljon! (p).1.6. Feladat. Keressünk szükséges és elégséges feltételt arra, hogy a Minkowski egyenlőtlenségben egyenlőség álljon! (p).1.7. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy egy ultrametrikus térben minden háromszög egyenlőszárú! (p).1.8. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy egy ultrametrikus tér tetszőleg B r (x) gömbjének átmérője legfeljebb r! (p).1.9. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy egy ultrametrikus térben y B r (x), B r (y) = = B r (x)! (p).1.10. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy egy ultrametrikus térben minden nyílt gömb zárt és minden zárt gömb nyílt! (p).1.11. Feladat. Legyen f az R dilatációja, a középponttal, r sugárral. Igazoljuk, hogy minden x, y R esetén (p): f( x) f( y) = r x y.1.1. Feladat. Specifikáljuk az izometriákat R ben (10p)! 4

.. Konvergencia, folytonosság..1. Feladat. Legyen B bázis a T topológiájában. Bizonyítsuk be, hogy egy h : S T függvény pontosan akkor folytonos, ha h 1 (V ) nyílt S ben! (p)... Feladat. Bizonyítsuk be, hogy folytonos függvények kompozíciója folytonos! (p)... Feladat. Igazoljuk, hogy az A S halmazra a következő állítások ekvivalensek (5p): 1. A zárt. Ha x S esetén van olyan x n sorozat A ban, hogy x n x, akkor x A..4. Feladat. Igazoljuk, hogy az A S halmazra a következő állítások ekvivalensek (5p): 1. A nyílt. Minden x A és minden olyan S beli x n sorozatra, melyre x n x, létezik olyan N, hogy n N esetén x n A..5. Feladat. Igazoljuk, hogy a diszkrét metrikus tér tlejes! (p)..6. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy egy ultrametrikus térben egy x n sorozat pontosan akkor Cauchy sorozat, ha ρ(x n, x n+1 ) 0! (5p)..7. Feladat. Igazoljuk, hogy az E = {0,1} ábécé fölöti E ω végtelen sztringtér teljes a ρ 1 metrikával! (10p)..8. Feladat. Keressünk példát arra, hogy a telesség metrikus tulajdonság, de nem topologikus! (10p)..9. Feladat. Legyen f egy Lipschitz függvény. Igaz-e, hogy folytonos? (p)..10. Feladat. Keressünk példát R ben olyan F n zárt halmazokból álló sorozatra, hogy n F n nem zárt! (p)..11. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy ha minden n re F n [n, n + 1], akkor n F n zárt! (p).. Szeparábilitás..1. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy { (x 1, x,...,x d ) R d x j Q, j = 1,...,d} megszámlálható és sűrű R d ben.... Feladat. Legyen E = { 1, }. Tekintsük E ω t a ρ 1 metrikával. Bizonyítsuk be, hogy a { [α] α E } halmaz megszámlálható bázis. Speicálisan, bárely nyílt gömb valamely [α] val azonos. (5p) 5

.4. Kompaktság.4.1. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy metrikus térban a kompaktság, sorozatkompaktság, megszámlálható kompaktság ekvivalens! (10p).4.. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy metrikus tér kompakt részhalmaza zárt! (p).4.. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy kompakt tér zárt részhalmaza kompakt! (p).4.4. Feladat. Kompakt halmazok véges uniója kompakt (p).4.5. Feladat. Kompakt halmazon folytonos képe kompakt! (p).4.6. Feladat. Kompakt halmazonon folytonos függvény korlátos! (p).4.7. Feladat. Ha A zárt, K S kompakt és A K =, akkor ρ(a, K) > 0! (5p).4.8. Feladat. Kompakt metrikus téren folytonos függvény egyenletesen folytonos! (p).4.9. Feladat. Legyen C(S, T) = { fs T f folytonos }, az unifor metrika pedig ρ u (f, g) = sup{ ρ(f(x), g(x)) x S }. Bizonyítsuk be, ha S kompakt, ρu valóban metrik C(S, T) n! (5p).4.10. Feladat. Ha az előző feladatban T teljes, akkor (C(S, T), ρ u ) teljes! (5p).4.11. Feladat. Ha E = { 1, }, akkor (E ω, ρ 1) kompakt. (5p).4.1. Feladat. Milyen feltételek mellett lesz C(S, T) ultrametrikus?(10p).4.1. Feladat. Bionyítsuk be, hogy tetszőleges 0 < r < 1 esetén (E ω, ρ r ) kompakt és szeparábilis! (10p).4.14. Feladat. Bionyítsuk be, hogy az (E ω, ρ r ) terek homeomorfak! (10p).5. Hausdorff-metrika.5.1. Feladat. Ha A n egy sorozat H(S) ben és A H(S) hez konvergál, akkor A = = {x : van olyan x n sorozat, hogy x n A n és x n x} (5p).5.. Feladat. Legyen A 1 A A... fogyó kompakt halmasorozat. Ekkor A n a Hausdorff-metrikában az A = n N A n halmazhoz konvergál..5.. Feladat. Ha f n, f S T, S kompakt és f n f egyenletesen, akkor f n f(s) a Hausdorff metrika szerint H(S) ben. 6

.6. Metrika sztringtereken.6.1. Feladat. Legyen 0 < r < 1 valós szám, definiáljuk a ρ r et ugyanúgy, mint ρ 1 et: ha σ = ασ és τ = ατ, akkor ρ r (σ, τ) = k r, k = α. Bizonyítsuk be, hogy valóban metrikát kapunk!.6.. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy az előző feladatban definiált metrikában [α] átmérője r α (p).6.. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy az előző metrikus tér kompakt, teljes és szeparábilis. (10p).6.4. Feladat. Ha h : E ω R a Cantor halmazt címző függvény, azaz h(0σ) = = h(σ) h(σ)+, h(1σ) =. akkor h lipeomorfizmus ρ 1 -ra, azaz. Topologikus dimenzió.1. Zéró-dimenziós terek 1 ρ 1(σ, τ) h(σ) h(τ) ρ 1 (σ, τ).1.1. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy egy S metrikus tér pontosan akkor kompakt, ha minden nyílt lefedésének van véges finomítása. (p).1.. Feladat. Bizonyítsuk be, hogy egy véges S halmaz zéró dimenziós. (p).1.. Feladat. Legyen S zéró dimenzós metrikus tér. Ekkor van olyan bázisa S nek, mely nyílt zárt halmazokból áll. (5p).1.4. Feladat. Ha S kompakt, nemüres metrikus tér és van olyan bázisa, mely csupa nyílt zárt halmazból áll, akkor S zéró dimenzió. (5p).1.5. Feladat. Egy szeparábilis metrikus tér pontosan akkor zéró dimenziós, ha van csupa nyílt zárt halmazból álló bázisa. (5p) 7